JPH09220770A - プラスチック部材またはプラスチックレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、射出成形により精度の要求される
範囲を高精度に作製可能なプラスチックレンズなどのプ
ラスチック部材に関し、縦断面積を均一にすることによ
り、成形時の圧力や温度のばらつきを少なくして、作製
時間を長くすることのない高精度な作製を実現すること
を目的とする。 【解決手段】 長尺なレンズ部２の有効範囲２ａを縦断
する有効縦断面Ｐ１の面積が長手方向に変化するのに対
して、有効範囲２ａの有効縦断面Ｐ１およびこれに隣接
延長した補助範囲２ｂの補助縦断面Ｐ２を合わせた拡大
縦断面Ｐ３の面積が略均一になるように、その補助範囲
２ｂの補助縦断面Ｐ２の面積を長手方向に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックレン
ズなどのプラスチック部材に関し、特に、射出成形によ
り精度の要求される範囲を高精度に作製可能なものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、精度の必要なレンズなど光学
部品等であっても樹脂（プラスチック）により作製され
ることが多く、その作製方法としては射出圧縮成形法な
どの射出成形が多用されている。この種のプラスチック
部品として、例えば、特殊な形状のプラスチックレンズ
を作製する場合に、射出成形により高精度に作製するた
めには、充填・冷却工程中の金型内の樹脂内圧や温度を
均一にする必要がある。

【０００３】このようなプラスチックレンズは、例え
ば、レーザプリンタの光書込みするユニット内で用いる
プラスチックレンズがあり、例えば、特開平５−１８８
２８５号公報に記載されている。このプラスチックレン
ズは、走査するレーザビームの焦点距離を修正するため
に長尺に形成し、レーザ光を透過させる範囲の断面積を
長手方向に変化させるので、縦断面積の比率が長手方向
に大きく変化しないように側板を一体に形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のプラスチック部材、特に、図７および図８に
示すような長尺のプラスチックレンズ１にあっては、レ
ンズ部２と箱型のリブ（側板）３を一体に成形したとし
ても、レンズ部２の一面側は曲面ｒ１に、裏面側は曲面
ｒ２にと、異なるレンズ面に形成されているので、成形
時の長手方向の樹脂量はその位置によって異なり、例え
ば図中Ａ〜Ｃで示す位置毎にレンズ部２の厚さ（ａ＜ｂ
＜ｃ）の変化分だけ異なる。

【０００５】これはリブ３を一体成形したとしても解消
することはできず、リブ３がない場合よりは有効である
が、成形時の樹脂内圧や冷却速度を十分に均一にするこ
とができず、曲面ｒ１、ｒ２の転写ムラや厚い箇所でひ
けなどが生じたりする。この不具合は、冷却の保持時間
を長くすることによってある程度は改善できる場合もあ
るが、十分ではないとともに、成形時間が長くなってコ
ストがアップしてしまうという問題がある。なお、リブ
３を箱型にしているのはレンズ部２の補強および位置決
め精度の向上のためである。

【０００６】そこで、本発明は、縦断面積を均一にする
ことにより、射出成形により作製する際の圧力や温度の
ばらつきを少なくして、作製時間を長くすることのない
高精度な作製を可能にすることを目的とする。また、作
製後でも温度などによる影響を少なくして、信頼性の向
上を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明は、請求項１記載の発明は、精度の要求される範囲
を縦断する要求縦断面の面積が該縦断位置によって変化
するプラスチック部材であって、前記要求縦断面を延長
した該要求縦断面を含む拡大縦断面の面積が略均一にな
るように、該拡大縦断面の延長部分の面積を変化させた
ことを特徴とするものである。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成に加え、レンズ部を長尺に形成され、該レンズ
部の有効範囲を縦断する有効縦断面の面積が長手方向に
変化するプラスチックレンズであって、前記有効縦断面
を延長した該有効縦断面を含む拡大縦断面の面積が略均
一になるように、該拡大縦断面の延長部分の面積を長手
方向に変化させたことを特徴とするものである。

【０００９】この請求項１、２記載の発明では、縦断面
積が均一にされ、例えば長尺なプラスチックレンズでは
その長手方向の各箇所での縦断面積が均一にされる。し
たがって、射出成形により作製する場合にはその長手方
向の樹脂量が均一にされる。請求項３記載の発明は、請
求項２記載の発明の構成に加え、前記拡大縦断面の面積
を、該拡大縦断面の延長部分の面積を変化させないとき
の略平均値となるように形成したことを特徴とするもの
である。

【００１０】この請求項３記載の発明では、延長部分の
面積の差異が小さくされる。したがって、範囲外の部分
の形状の差異が小さくされる。請求項４記載の発明は、
請求項２または３に記載の発明の構成に加え、前記拡大
縦断面の延長部分を、有効範囲の厚さ方向の中心を通る
平面に対して対称となるように形成したことを特徴とす
るものである。

【００１１】この請求項４記載の発明では、延長部分の
形状が中心面に対して対称にされる。したがって、射出
成形する場合にはキャビティを画成する一対の金型（例
えば、固定および可動金型）の樹脂量の違いによる温度
差が小さくされる。請求項５記載の発明は、請求項２〜
４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記拡大縦断面
の延長部分と有効範囲との間を、外方に面するテーパ形
状としたことを特徴とするものである。

【００１２】この請求項５記載の発明では、延長部分と
有効範囲との間はテーパ面となる。したがって、射出成
形する場合にはそのテーパ面に金型の成形面が対面す
る。請求項６記載の発明は、請求項２〜５の何れかに記
載の発明の構成に加え、前記拡大縦断面の延長部分と有
効範囲との間を、円弧形状により連続させたことを特徴
とするものである。

【００１３】この請求項６記載の発明では、延長部分と
有効範囲との間は円弧状に形成される。したがって、射
出成形する場合には樹脂がその円弧部に沿って流れる。
ここで、前記精度の要求される範囲としては、プラスチ
ックレンズのレンズ部やミラーの反射部等の有効範囲が
挙げられるが、これに限らず、光学系以外でも精度の要
求される部材に適用することができる。

【００１４】また、レンズとしては、１つのレンズ部を
長尺に形成したものや、複数のレンズをアレイ状に並列
したものであってもよく、円形でない異形の肉厚差のあ
る例えば、ｆθレンズなどに適用してもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図１〜図４は本発明に係るプラスチックレンズ
の第１実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項１
〜４に記載の発明に対応する。図１および図２におい
て、10は射出成形により形成されたプラスチックレンズ
（プラスチック部材）であり、プラスチックレンズ10は
長尺のレンズ部２の外周に側板３ａおよび端板３ｂから
なる箱型のリブ３が一体成形されており、このリブ３は
レンズ部２の強度を向上させるとともに、取り付け時の
位置決め精度および作業性を向上させている。

【００１６】レンズ部２は、２つのレンズ面としてトロ
イダル曲面ｒ１、ｒ２が形成されており、このレンズ部
２は曲面ｒ１、ｒ２の長手方向の曲率半径ｙ１、ｙ２
（ｙ１＞ｙ２）が異なるため中央部（位置Ａ）から端部
（位置Ｃ）側に厚くなって、図３に示すように、位置Ａ
では厚さ（有効範囲２ａの中心線Ｃ１上の頂点間距離）
ａ、位置Ｃでは厚さｃｍｍとなり、位置Ｂでその中間の
厚さｂｍｍとなっている。また、このレンズ部２は、リ
ブ３の側板３ａからｄｍｍ内側を光学素子としての有効
範囲２ａ（幅ｅｍｍ）としている。すなわち、レンズ部
２は、有効範囲２ａを縦断するそれぞれの位置Ａ〜Ｃで
の有効縦断面（要求縦断面）Ｐ１の面積が長手方向に変
化している。

【００１７】このレンズ部２は、有効縦断面Ｐ１が設計
されたトロイダル曲面ｒ１、ｒ２に従って変化するが、
リブ３の側板３ａと有効範囲２ａの間には曲面ｒ１、ｒ
２と異なる曲面の補助範囲２ｂ（幅ｄｍｍ）が形成され
ている。この補助範囲２ｂは、補助縦断面Ｐ２の面積と
有効縦断面Ｐ１の面積とを合わせた拡大縦断面Ｐ３の面
積が長手方向に均一になるように、その形状（補助縦断
面Ｐ２の面積）を長手方向に変化されており、位置Ｂで
の拡大縦断面Ｐ３の面積（補助縦断面Ｐ２を有効縦断面
Ｐ１の延長としたときの拡大縦断面Ｐ３の面積の略平
均）を基準として、その位置Ｂより中央部側では図３
（ａ）に示す突起形状（高さｆ、厚さｇ）に形成され、
位置Ｂより端部側では図３（ｂ）に示す溝形状（深さ
ｈ、厚さｊ）に形成されている。また、補助範囲２ｂ
は、前記頂点間距離の中心面Ｃ２に対して対称の形状
（縦断面積）になるように形成されている。

【００１８】例えば、以上の形状を、プラスチックレン
ズ10の一例に適用した場合の位置Ａ〜Ｃの寸法（単位ｍ
ｍ）をまとめると以下のようになる。 位置Ａ 位置Ｂ 位置Ｃ 有効範囲２ａの厚さ ２（ａ） ３（ｂ） ４（ｃ） 突起の高さ／溝の深さ １.５（ｆ） ０（−） １.５（ｈ） 補助範囲２ｂの厚さ ５（ｇ） ３（ｂ） １（ｊ） 有効縦断面Ｐ１の面積 １６ ２４ ３２ 拡大縦断面Ｐ３の面積 ３６ ３６ ３６ 次に、プラスチックレンズ10の射出成形による作製を図
４を用いて作用とともに説明する。

【００１９】まず、図４に示す上型（可動側）４ａおよ
び下型（固定側）４ｂからなる金型４を型締めしてキャ
ビティ５を画成した後に、そのキャビティ５内に溶融樹
脂を射出充填する。このとき、レンズ部２の補助範囲２
ｂは補助縦断面Ｐ２の面積をその長手方向に変化させ有
効縦断面Ｐ１の面積と合わせた拡大縦断面Ｐ３の面積を
均一にしているので、キャビティ５内の溶融樹脂はその
長手方向に樹脂量を均一に充填される。また、補助範囲
２ｂは位置Ｂを境にして中央部側を突起形状に、端部側
を溝形状に形成するとともに、これら突起形状および溝
形状は有効縦断面Ｐ２の中心面Ｃ２に対して対称に形成
するので、補助縦断面Ｐ２の長手方向の面積差は小さく
され、鏡面駒６ａおよび断面積調整板７ａと鏡面駒６ｂ
および断面積調整板７ｂに接する樹脂量も均等にされて
いる。

【００２０】次いで、キャビティ５内に射出充填した溶
融樹脂に樹脂内圧を発生させることによって、鏡面駒６
ａ、６ｂの対向する鏡面を転写してレンズ部２の有効範
囲２ａの曲面ｒ１、ｒ２を形成し、断面積調整板７ａ、
７ｂの対向する成形面により補助範囲２ｂを形成する。
このとき、キャビティ５内の溶融樹脂は長手方向に樹脂
量を均一に充填されているので、樹脂内圧を均等に発生
させ鏡面駒６ａ、６ｂの鏡面を高精度に転写することが
できる。

【００２１】次いで、キャビティ５内の樹脂を少なくと
も熱変形温度以下まで冷却した後に、型開きして成形品
（プラスチックレンズ10）を取り出す。このとき、キャ
ビティ５内の樹脂量は長手方向に均一にされているとと
もに、補助縦断面Ｐ２の長手方向の面積差は小さくさ
れ、また鏡面駒６ａ、６ｂや断面積調整板７ａ、７ｂな
どに接する樹脂量も均等にされているので、樹脂温度の
位置による偏差を小さくして内部歪みの発生を抑えつつ
冷却することができ、位置によって冷却固化のタイミン
グがずれたり、体積収縮量が不均一になってしまうこと
もない。したがって、ひけを発生させることなく高精度
に鏡面を転写したプラスチックレンズ10を作製すること
ができる。

【００２２】ここで、キャビティ５内に溶融樹脂を射出
充填した後に圧縮を加える射出圧縮成形法によりプラス
チックレンズ10を作製することもできる。この場合に
は、下型４ｂの鏡面駒６ｂと断面積調整板７ｂとが圧縮
機８により一体に上下方向に移動させることができるの
で、鏡面駒６ｂおよび断面積調整板７ｂを下降させた状
態で溶融樹脂の射出充填を行なった後に、これらを上昇
させ冷却する。この射出圧縮成形法では、冷却時の樹脂
の体積収縮を補ってレンズ部２の有効範囲２ａに鏡面駒
６ａ、６ｂの鏡面をより高精度に転写することができ、
より確実にひけの発生を防止することができる。なお、
鏡面駒６ｂと断面積調整板７ｂは別部材を一体にしたも
のでも一部材であってもよい。

【００２３】このように本実施形態においては、精度の
要求されるレンズ部２の有効範囲２ａ以外の補助範囲２
ｂで補助縦断面Ｐ２の断面積を変化させ、有効縦断面Ｐ
１を含む拡大縦断面Ｐ３の面積を長手方向に均一にする
ので、有効範囲２ａの厚さ（有効縦断面Ｐ１の面積）が
長手方向に変化する場合でも射出成形により作製する際
の樹脂量をその長手方向に均一にすることができる。し
たがって、曲面ｒ１、ｒ２を転写するための樹脂内圧を
均一に発生させることができ、樹脂温度のばらつきを少
なくして冷却することができる。

【００２４】また、補助縦断面Ｐ２の面積は、位置Ｂを
基準にして中央部側および端部側で突起形状および溝形
状として増減するとともに中央面Ｃ２で対称にするの
で、その中央部側と端部側での樹脂温度の偏差を小さく
してひけの発生を防止することができる。この結果、プ
ラスチックレンズ10は、冷却時間等を長くすることなく
均一に降温することができ、高精度に曲面ｒ１、ｒ２を
転写することができる。

【００２５】また、プラスチックレンズ10は、有効範囲
２ａおよび補助範囲２ｂは、拡大縦断面Ｐ３の面積を長
手方向に均一に作製されているので、取り付けられた場
所が、例えば高温になる環境であってもその外的負荷に
よる影響も長手方向に均一にすることができ、環境温度
などによる変形を抑えることができる。なお、本実施形
態では、プラスチック部材として長尺なプラスチックレ
ンズを説明したが、光学部品だけでなく、また形状にお
いても長尺なものに限るものではない。例えば、異形に
形成され、回転方向にその厚さが変化するものに適用す
ることもできる。

【００２６】次に、図５は本発明に係るプラスチックレ
ンズの第２実施形態を示す図であり、本実施形態は請求
項５記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述
実施形態と略同様に形成されているので、同様な構成に
は同一の符号を付し特徴部分のみ説明する。同図におい
て、Ｔはテーパ面であり、テーパ面Ｔは有効範囲２ａに
連続し、突起形状または溝形状に形成した補助範囲２ｂ
の側面を構成しており、このテーパ面Ｔは外方、すなわ
ち金型４の型開き方向に面するように形成されている。

【００２７】本実施形態では、上述第１実施形態の作用
効果に加え、有効範囲２ａに連続する補助範囲２ｂの側
面（境界）に外方に面するテーパ面Ｔを形成しているの
で、そのテーパ面Ｔにも金型４の成形面が対面するが、
型開きする際には抵抗なく離型させることができる。ま
た、使用時にはそのテーパ面Ｔによって補助範囲２ｂで
の乱反射を防止してゴーストの発生を低減することがで
きる。

【００２８】なお、補助範囲２ｂに連続する側板３ａ
（３ｂ）も同様に、テーパ面としてもよいことはいうま
でもない。次に、図６は本発明に係るプラスチックレン
ズの第３実施形態を示す図であり、本実施形態は請求項
６記載の発明に対応する。なお、本実施形態は、上述実
施形態と略同様に形成されているので、同様な構成には
同一の符号を付し特徴部分のみ説明する。

【００２９】同図において、Ｒは曲面であり、曲面Ｒは
有効範囲２ａに連続し、突起形状または溝形状に形成し
た補助範囲２ｂの側面を構成しており、この曲面Ｒは外
方、すなわち金型４の型開き方向に面するように形成さ
れている。なお、このように有効範囲２ａに補助範囲２
ｂを曲面Ｒで連続させる場合には、金型４に用いる鏡面
駒６ａと断面積調整板７ａ、また鏡面駒６ｂと断面積調
整板７ｂをＮＣ加工機等によって一体加工するのが有効
である。上述第２実施形態でのテーパ面Ｔも同様であ
る。

【００３０】本実施形態では、上述第２実施形態の作用
効果に加え、有効範囲２ａと補助範囲２ｂとの間は円弧
状に連続するように形成されるので、射出充填した溶融
樹脂はその曲面Ｒに沿って流れる。したがって、溶融樹
脂の流れがよくなると、樹脂量を均一にすることがで
き、内部歪みを低減することができる。なお、補助範囲
２ｂに連続する側板３ａ（３ｂ）も同様に、曲面で連続
させてもよいことはいうまでもなく、上述第２実施形態
のテーパ面Ｔを曲面で連続するようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】請求項１、２記載の発明によれば、精度
の要求される範囲を有するプラスチック部材、例えば長
尺なプラスチックレンズでは、レンズ面の有効範囲を含
む縦断面の面積を、その範囲外の縦断面積を長手方向に
変化させることにより均一にするので、射出成形により
作製する場合には長手方向の樹脂量を均一にすることが
でき、樹脂内圧や樹脂温度のばらつきを小さくすること
ができる。また、作製後に加えられる温度などの外的負
荷による影響も長手方向に均一にすることができる。し
たがって、冷却時間等を長くすることなく高精度に作製
することができる。また、作製後でも環境により変形す
ることもない。

【００３２】請求項３記載の発明によれば、縦断面積を
均一にするために変化させる範囲外の面積を、変化させ
る前の平均から増減してその差異を小さくするので、射
出成形により作製する場合の縦断面内での樹脂温度の偏
差を小さくすることができる。したがって、より高精度
に作製することができる。請求項４記載の発明によれ
ば、縦断面積を均一にするために変化させる範囲外の形
状を、厚さ方向に対称にするので、射出成形により作製
する場合には金型に樹脂量の違いによって生じる温度差
を小さくすることができる。したがって、その温度差に
より転写面で生じるひけを防止することができる。

【００３３】請求項５記載の発明によれば、範囲外との
間の境界をテーパ形状にし、そのテーパ面は外方に面し
て開放されているので、射出成形により作製する場合の
取出時には金型を移動させるだけでその成形面を離隔さ
せることができる。したがって、離型性を向上させるこ
とができる。また、プラスチックレンズの場合には有効
範囲外での乱反射を防止してゴーストを低減することが
できる。

【００３４】請求項６記載の発明によれば、範囲外との
間の境界を円弧形状としたり、テーパ面との間を円弧状
に形成し連続する形状とするので、射出成形により作製
する場合には射出充填する樹脂の流れをよくすることが
できる。したがって、離型性の向上およびゴーストの低
減とともに、内部歪みを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラスチックレンズの第１実施形
態の全体構成を示す図であり、その長手方向の縦断面図
である。

【図２】第１実施形態の平面図である。

【図３】第１実施形態の要部を示す長手方向に直交する
縦断面図であり、（ａ）は位置Ａでの縦断面図、（ｂ）
は位置Ｃでの縦断面図である。

【図４】第１実施形態を作製する射出成形金型の概略構
成を示す透視図である。

【図５】本発明に係るプラスチックレンズの第２実施形
態の要部を示す長手方向に直交する縦断面図であり、
（ａ）は位置Ａでの縦断面図、（ｂ）は位置Ｃでの縦断
面図である。

【図６】本発明に係るプラスチックレンズの第３実施形
態の要部を示す長手方向に直交する縦断面図であり、
（ａ）は位置Ａでの縦断面図、（ｂ）は位置Ｃでの縦断
面図である。

【図７】従来のプラスチックレンズの全体構成を示す図
であり、その長手方向の縦断面図である。

【図８】従来例の要部を示す長手方向に直交する縦断面
図であり、（ａ）は位置Ａでの縦断面図、（ｂ）は位置
Ｂでの縦断面図、（ｃ）は位置Ｃでの縦断面図である。

【符号の説明】

２ レンズ部 ２ａ 有効範囲 ２ｂ 補助範囲（延長部分） ３ リブ ４ 金型 ５ キャビティ ６ａ、６ｂ 鏡面駒 ７ａ、７ｂ 断面積調整板 10 プラスチックレンズ（プラスチック部材） Ｃ２ 中央面（平面） Ｐ１ 有効縦断面（要求縦断面） Ｐ２ 補助縦断面 ｒ１、ｒ２ レンズ面 Ｒ 曲面（円弧形状） Ｔ テーパ面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】精度の要求される範囲を縦断する要求縦断
   面の面積が該縦断位置によって変化するプラスチック部
   材であって、 前記要求縦断面を延長した該要求縦断面を含む拡大縦断
   面の面積が略均一になるように、該拡大縦断面の延長部
   分の面積を変化させたことを特徴とするプラスチック部
   材。
2. 【請求項２】レンズ部を長尺に形成され、該レンズ部の
   有効範囲を縦断する有効縦断面の面積が長手方向に変化
   するプラスチックレンズであって、 前記有効縦断面を延長した該有効縦断面を含む拡大縦断
   面の面積が略均一になるように、該拡大縦断面の延長部
   分の面積を長手方向に変化させたことを特徴とするプラ
   スチックレンズ。
3. 【請求項３】前記拡大縦断面の面積を、該拡大縦断面の
   延長部分の面積を変化させないときの略平均値となるよ
   うに形成したことを特徴とする請求項２記載のプラスチ
   ックレンズ。
4. 【請求項４】前記拡大縦断面の延長部分を、有効範囲の
   厚さ方向の中心を通る平面に対して対称となるように形
   成したことを特徴とする請求項２または３に記載のプラ
   スチックレンズ。
5. 【請求項５】前記拡大縦断面の延長部分と有効範囲との
   間を、外方に面するテーパ形状としたことを特徴とする
   請求項２〜４の何れかに記載のプラスチックレンズ。
6. 【請求項６】前記拡大縦断面の延長部分と有効範囲との
   間を、円弧形状により連続させたことを特徴とする請求
   項２〜５の何れかに記載のプラスチックレンズ。